電能具有生產(chǎn)與消費(fèi)同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn),需要發(fā)電廠和變電站時(shí)刻根據(jù)負(fù)荷變化,及時(shí)地進(jìn)行必要的調(diào)整及操作。為滿(mǎn)足上述要求,在發(fā)電廠、變電站中裝設(shè)了大量的電氣設(shè)備

電能具有生產(chǎn)與消費(fèi)同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn),需要發(fā)電廠和變電站時(shí)刻根據(jù)負(fù)荷變化,及時(shí)地進(jìn)行必要的調(diào)整及操作。為滿(mǎn)足上述要求,在發(fā)電廠、變電站中裝設(shè)了大量的電氣設(shè)備。其王要電氣設(shè)備可分為以下幾種:

(1)一次設(shè)備。直接生產(chǎn)和輸配電能的設(shè)備稱(chēng)為一次設(shè)備。電能由發(fā)電機(jī)發(fā)出,經(jīng)過(guò) 一系列的一次設(shè)備直接送到用電器,從而完成電能的生產(chǎn)、輸送與使用的全過(guò)程。一次設(shè)備主 要包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、限流電抗器、母線、電纜和互感器等。

(2)二次設(shè)備。對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)察、測(cè)量、控制和保護(hù)的輔助設(shè)備,稱(chēng)為二次設(shè)備。二次設(shè)備主要包括儀毒、信號(hào)、繼電器和自動(dòng)控制設(shè)備等。

(3)電氣主接線。在發(fā)電廠和變電站中,為了適應(yīng)各種運(yùn)行方式的需要,將各種電氣設(shè)備根據(jù)要求,按照一定次序連接成為固定連接的電路。一次設(shè)備所連成的電路,稱(chēng)為一次電路或電氣主接線。

閘刀開(kāi)關(guān)

閘刀開(kāi)關(guān)是一種最簡(jiǎn)單的低壓開(kāi)關(guān),它只有手動(dòng)式操作。閘刀開(kāi)關(guān)主要用于不經(jīng)常操作的電路中。使用時(shí)它常與熔斷器一起串聯(lián)接入電路,在電路中發(fā)生過(guò)負(fù)荷或短路時(shí)由熔斷器切斷電源。

閘刀開(kāi)關(guān)的類(lèi)型很多,按結(jié)構(gòu)特征可分為單極、雙極和三極三種;按操作柄位置特征可分為中間手柄、旁邊手柄和杠桿操作三種;按滅弧結(jié)構(gòu)特征可分為帶滅弧罩和不帶滅弧罩兩種。

額定電流較大的閘刀開(kāi)關(guān),在電路中常與空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)等元件配合使用,運(yùn)行中通過(guò)空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)等設(shè)備控制電路的拉、合閘操作,而閘刀開(kāi)關(guān)只起隔離電壓或切斷小電流的作用。

絕緣子

絕緣子俗稱(chēng)為絕緣瓷瓶,它廣泛地應(yīng)用在發(fā)電廠和變電站的配電裝置、變壓器、各種電器及輸電線之中。絕緣子用來(lái)支持和固定裸載流體,并使裸導(dǎo)體與地絕緣,或者用于使電氣裝置和電器中處在不同電位的載流導(dǎo)體之間相互絕緣。因此,要求絕緣子應(yīng)具有足夠的絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和防潮性等。一般高壓絕緣子應(yīng)能可靠地在超過(guò)其額定電壓15的電壓下安全運(yùn)行。

高壓絕緣子通常是用電工瓷制成的絕緣體,電工瓷具有結(jié)構(gòu)緊密均勻、不易吸收水、絕緣性能穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。超高壓絕緣子采用高密度瓷或新型硅橡膠材料制成,它們具有質(zhì)量輕、防污性強(qiáng)、機(jī)電強(qiáng)度高、分散性小、減振性和抗疲勞性好、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。

絕緣子按安裝地點(diǎn),可分為戶(hù)內(nèi)(屋內(nèi))式和戶(hù)外(屋外)式兩種。戶(hù)外式絕緣子由于工作環(huán)境條件要求,應(yīng)有較大的傘裙,用以增長(zhǎng)沿面放電距離,并且能夠阻斷水流,保證絕緣子在雨、霧、雪等惡劣氣候下可靠地工作。在有嚴(yán)重的灰塵或有害絕緣氣體存在的環(huán)境中,應(yīng)選用具有特殊結(jié)構(gòu)的防污型絕緣子。戶(hù)內(nèi)式絕緣子表面無(wú)傘裙結(jié)構(gòu),故只適用于屋內(nèi)電氣裝置中。為了將絕緣子固定在支架上和將載流導(dǎo)體固定在絕緣子上,絕緣子的瓷制絕緣體兩端還

要牢固地安裝金屬配件。金屬配件與瓷制絕緣體之間多用水泥膠合劑膠合在一起。瓷制絕緣體表面涂有白色或深棕色的硬質(zhì)瓷釉,用以提高其絕緣性能和防水性能。運(yùn)行中絕緣子的表面瓷釉遭受損壞之后,應(yīng)盡快處理或更換絕緣子。絕緣子的金屬附件與瓷制絕緣體膠合處膠合劑的外露表面應(yīng)涂有防潮劑,以免水分浸入到膠合劑中。金屬附件表面需進(jìn)行鍍鋅處理,以防會(huì)屬銹蝕。

母線

在發(fā)電廠和變電站中,將發(fā)電機(jī)、變壓器與各種電器連接起來(lái)的導(dǎo)體稱(chēng)為母線。母線的作用是匯集、分配和傳送電能。

母線按其結(jié)構(gòu)可分為敝露母線和封閉母線;按其截面可分為矩形母線、管形母線和槽形母線。

隔離開(kāi)關(guān)

隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有特殊的滅弧裝置,不能用于切斷負(fù)荷電流,否則會(huì)在其觸頭間形成電弧,危及人身和設(shè)備的安全,造成事故。

隔離開(kāi)關(guān)的主要作用如下:

(1)隔離電壓。隔離開(kāi)關(guān)一般只能用于拉開(kāi)或合入只有電壓沒(méi)有電流的電路。在停電檢修時(shí),用隔離開(kāi)關(guān)將需要檢修的部分與其他帶有電壓的部分可靠地?cái)嚅_(kāi)隔離(絕緣),以保證工作人員安全地檢修電氣設(shè)備,而不影響裝置的其余部分正常工作。

(2)切換電路。當(dāng)兩組隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)接入電路時(shí),在一定條件下允許用隔離開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)移負(fù)荷電流。

(3)拉、合小電流。允許用隔離開(kāi)關(guān)拉、合不會(huì)在其觸頭間產(chǎn)生強(qiáng)大電弧的小電流電路,例如電壓互感器與避雷器回路、消弧線圈回路等。

隔離開(kāi)關(guān)的觸頭全部敞露在空氣中,斷開(kāi)點(diǎn)明顯可見(jiàn)。隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭與靜觸頭之間的擊穿電壓必須大于隔離開(kāi)關(guān)相與接地部分之間的擊穿電壓,以避免電路中發(fā)生過(guò)電壓時(shí)斷開(kāi)點(diǎn)之間先擊穿,從而保證檢修人員的安全。

高壓斷路器是發(fā)電廠和變電站中最重要的電氣設(shè)備之一,它具有完善的滅弧裝置,是在正常和故障情況下接通或斷開(kāi)高壓電路的專(zhuān)用電器。

發(fā)電廠和變電站的電氣主接線

發(fā)電廠和變電站的電氣主接線,是指發(fā)電廠或變電站中的一次設(shè)備按照設(shè)計(jì)要求連接的電路,也稱(chēng)為主電路。電氣主接線的形式將影響配電裝置布置、供電可靠性、運(yùn)行靈活性和二次接線、繼電保護(hù)等問(wèn)題。電氣主接線對(duì)發(fā)電廠和變電站及電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。因此,發(fā)電廠和變電站的電氣主接線,必須滿(mǎn)足以下基本要求:

(1)根據(jù)發(fā)電廠、變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用和用戶(hù)性質(zhì),保證必要的供電可靠性;(2)主接線應(yīng)力求接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活與操作方便;(3)保證運(yùn)行、維護(hù)和檢修的安全和方便;

(4)在保證以上幾項(xiàng)要求的條件下考慮經(jīng)濟(jì)性,即少占土地,盡量減少初投資,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用;

(5)滿(mǎn)足擴(kuò)建的要求。

電氣主接線圖一般繪制成單線圖,只有在局部需要表明三相電路不對(duì)稱(chēng)連接時(shí),才將局部繪制成三線圖。在發(fā)電廠或變電站的控制室內(nèi),為了表明該廠(站)主接線實(shí)際運(yùn)行狀況,通常設(shè)有電氣主接線的模擬圖。運(yùn)行時(shí),模擬圖中的各種電氣設(shè)備所顯示的工作狀態(tài)必須與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相符。

典型的電氣主接線大致可分為有母線和無(wú)母線兩類(lèi)。有母線類(lèi)主接線包括單母線線、雙母線及帶旁路母線的接線等;無(wú)母線類(lèi)主接線包括橋形、多角形和單元接線。

倒閘操作

(一)倒閘操作的概念

電氣設(shè)備的倒閘操作是指當(dāng)電氣設(shè)備由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)或改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式時(shí),需要進(jìn)行的一系列的操作。

電力系統(tǒng)中倒閘操作的主要內(nèi)容有:

(1)電力線路的停、送電操作;

(2)電力變壓器的停、送操作;

(3)發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并列和解列操作;

(4)網(wǎng)絡(luò)的合環(huán)與解環(huán);

(5)倒換母線操作;

(6)中性點(diǎn)接地方式的改變和消弧線圈的調(diào)整;

(7)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置使用狀態(tài)的改變;

(8)接地線的安裝與拆除等。

倒閘操作直接改變電氣設(shè)備的運(yùn)行方式和運(yùn)行狀態(tài),因而是一項(xiàng)既重要又復(fù)雜的工作,如果發(fā)生錯(cuò)誤操作,可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞,危及人身安全并造成大面積停電,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。因此,操作人員必須嚴(yán)格遵守《電力安全工作規(guī)程發(fā)電廠和變電站電氣部分》(GB26860—2011)和操作規(guī)程等規(guī)章制度,充分發(fā)揮應(yīng)有的技術(shù)水平并具有高度的責(zé)任心,采取必要的組織、技術(shù)措施,確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

(二)倒閘操作的組織和技術(shù)措施

(1)組織措施是指運(yùn)行人員必須樹(shù)立高度的責(zé)任感和牢固的安全思想,認(rèn)真執(zhí)行操作票制度、工作票制度、工作許可制度、工作監(jiān)護(hù)制度及工作間斷、轉(zhuǎn)移和終結(jié)制度等,在執(zhí)行倒閘操作任務(wù)時(shí),注意力必須集中,嚴(yán)格遵守操作規(guī)定,以免發(fā)生錯(cuò)誤操作。

(2)技術(shù)措施是指采用防誤操作裝置,達(dá)到五防的要求,即防止誤拉合斷路器,防止帶負(fù)荷拉合隔離開(kāi)關(guān),防止帶地線合閘,防止帶電掛接地線,防止誤入帶電間隔。常用的防誤操作裝置主要有:

1)機(jī)械閉鎖裝置。這是靠機(jī)械結(jié)構(gòu)制約而達(dá)到預(yù)定目的的一種閉鎖裝置,即當(dāng)一元件操作后另一元件就不能操作。

2)電磁閉鎖裝置。這是利用斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、設(shè)備網(wǎng)門(mén)等設(shè)備的輔助觸點(diǎn),接通或斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)、網(wǎng)門(mén)電磁鎖的電源,達(dá)到閉鎖目的的裝置。

3)電氣閉鎖裝置。這是利用斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)電氣操作電源,達(dá)到閉鎖目的的裝置。

4)紅綠牌閉鎖裝置。這是利用控制開(kāi)關(guān)的分合位置與紅綠牌配合,進(jìn)行定位閉鎖,達(dá)到防止誤拉、合斷路器的目的。

5)微機(jī)防誤操作裝置。這是以電腦模擬盤(pán)為核心的設(shè)備。操作時(shí),運(yùn)行人員根據(jù)電腦鑰匙上顯示的設(shè)備編號(hào),將電腦鑰匙插入相應(yīng)的編號(hào)鎖內(nèi),通過(guò)其探頭檢測(cè)操作的對(duì)象是否正確,若正確則閃爍顯示被操作的設(shè)備編號(hào),同時(shí)開(kāi)放其閉鎖回路或機(jī)構(gòu),就可進(jìn)行倒閘操作。操作結(jié)束后,電腦鑰匙自動(dòng)顯示下一項(xiàng)操作內(nèi)容。若走錯(cuò)位置則不能開(kāi)鎖,電腦鑰匙發(fā)出持續(xù)的報(bào)警聲,提醒操作人員,達(dá)到強(qiáng)制閉鎖的目的。

(三)倒閘操作的基本原則

(1)應(yīng)使用斷路器拉、合閘。在裝設(shè)斷路器的電路中,拉、合閘均應(yīng)使用斷路器,絕對(duì)禁止使用隔離開(kāi)關(guān)切斷負(fù)荷電流。

(2)斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的拉、合順序。當(dāng)送電線路停電時(shí),應(yīng)先拉開(kāi)斷路器,然后拉開(kāi)線路側(cè)隔離開(kāi)關(guān),最后拉開(kāi)母線側(cè)隔離開(kāi)關(guān)。送電時(shí)操作順序與此相反。

(3)變壓器停電時(shí),先拉開(kāi)負(fù)荷側(cè)斷路器,后拉開(kāi)電源側(cè)斷路器。送電時(shí)操作順序與此相反。

(4)母線送電前,應(yīng)將該母線的TV投入;母線停電前,應(yīng)先將該母線上的所有負(fù)荷都轉(zhuǎn)移完后,再將該母線的TV停止運(yùn)行。倒母線操作時(shí),母聯(lián)斷路器應(yīng)合上,確認(rèn)母聯(lián)斷路器已合好后,再取下其控制熔斷器,然后進(jìn)行母線隔離開(kāi)關(guān)的切換操作。母聯(lián)斷路器斷開(kāi)前,應(yīng)檢查負(fù)荷已全部轉(zhuǎn)移,母聯(lián)斷路器電流表指示為零,再拉開(kāi)母聯(lián)斷路器。

(5)環(huán)網(wǎng)的并、解列操作。合環(huán)操作時(shí),先要進(jìn)行定相,合環(huán)后各元件不能過(guò)負(fù)荷,各節(jié)點(diǎn)電壓不超過(guò)規(guī)定值,繼電保護(hù)裝置應(yīng)適應(yīng)環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行方式;解環(huán)操作時(shí),解環(huán)后各元件不應(yīng)過(guò)負(fù)荷,各節(jié)點(diǎn)電壓不超過(guò)規(guī)定值,繼電保護(hù)裝置應(yīng)適應(yīng)解環(huán)的運(yùn)行方式。

(6)僅有熔斷器和隔離開(kāi)關(guān)電路的操作。送電操作時(shí),先給上熔斷器,后合入隔離開(kāi)關(guān)。停電操作順序與此相反。

短路電流的原因、后果

造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣被損壞。引起絕緣損壞的原因有:各種形式的過(guò)電壓,如直接遭受雷擊等;絕緣材料的自然老化和污損、運(yùn)行人員維護(hù)不周及直接的機(jī)械損傷等。

電力系統(tǒng)其他一些故障也可能直接導(dǎo)致短路,如輸電線路斷線和倒桿事故、運(yùn)行人員不遵守操作技術(shù)規(guī)程和安全規(guī)程而造成錯(cuò)誤操作、鳥(niǎo)和小動(dòng)物等跨接裸導(dǎo)體等,都可能造成短路。電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)所產(chǎn)生的基本現(xiàn)象是短路回路的電流急劇增大,此電流稱(chēng)為短路電流。短路電流可能達(dá)到正常工作電流的幾倍到幾十倍,甚至更大,絕對(duì)值可達(dá)到幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)安。短路電流基本上是感性電流,其將產(chǎn)生去磁性的電樞反應(yīng),使發(fā)電機(jī)的端電壓下降,同時(shí)短路電流通過(guò)線路等設(shè)備時(shí)還增大了電壓損失,因而在電流增大的同時(shí)系統(tǒng)電壓將大幅度下降。

短路時(shí)的上述基本現(xiàn)象將引起下列嚴(yán)重后果:

(1)短路時(shí)往往會(huì)有電弧產(chǎn)生,它可能燒壞故障元件本身。

(2)巨大的短路電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),一方面會(huì)造成導(dǎo)體過(guò)熱甚至熔化,以及使絕緣體損壞;另一方面,還將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體,使導(dǎo)體和設(shè)備變形或損壞。

(3)短路時(shí)系統(tǒng)電壓將大幅度下降,特別是靠近短路點(diǎn)處電壓降低很多,可能影響部分或全部用戶(hù)的供電。

(4)電力系統(tǒng)中短路時(shí),系統(tǒng)功率分布的突然變化和電壓的嚴(yán)重下降,可能破壞各種電廠并聯(lián)工作的穩(wěn)定性,使整個(gè)系統(tǒng)被解列為幾個(gè)異步運(yùn)行的部分。這時(shí)某些發(fā)電機(jī)可能過(guò)負(fù)荷,因此必須切除部分用戶(hù)。短路時(shí)電壓下降得越大,持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),破壞整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性越大。

導(dǎo)體和絕緣子的選擇

(一)導(dǎo)體的選擇

1.母線的選擇

(1)形式的選擇。

常用的母線材料有銅和鋁。銅的電阻率低,耐腐蝕,機(jī)械強(qiáng)度大,是性能良好的導(dǎo)電材料,

但價(jià)格貴,所以銅母線多用在工作電流大、位置狹窄的發(fā)電機(jī)、變壓器出線處或?qū)︿X有嚴(yán)重腐

蝕的場(chǎng)所。鋁的價(jià)格低,使用普遍。一般屋外配電裝置使用鋼芯鋁絞線或硬鋁管形母線;屋內(nèi)配電裝置均使用硬母線,其截面

有矩形、槽形和管形。矩形母線散熱較好,有一定機(jī)械強(qiáng)度,方便安裝,廣泛使用于4000A以下的配電裝置中。為減小集膚效應(yīng),單條矩形母線的截面不超過(guò)1250mm2。槽形母線機(jī)械強(qiáng)度較好,載流量較大,集膚效應(yīng)較小,一般用于4000~8000A的配電裝置中。管形母線集膚效應(yīng)系數(shù)小、機(jī)械強(qiáng)度較高,管內(nèi)可通水或通風(fēng)冷卻,而且圓管表面曲率較小、均勻,故電暈放電電壓高,因而常用于8000A以上的大電流和110kV及以上的高電壓配電裝置中。

(2)母線截面的選擇。

對(duì)于匯流主母線和較短母線,只按母線長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流來(lái)選擇,其余母線的截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。

1)按導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇。

導(dǎo)體所在回路中最大持續(xù)工作電流Imax應(yīng)不大于導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的允許電流Ial,即Imax≤Ial

式中,Ial———在實(shí)際環(huán)境溫度下導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流,Ial=KθIn;In———在25℃時(shí)的允許電流,即額定電流;Iθ———溫度修正系數(shù),其值可查《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》。

2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。

對(duì)于年平均負(fù)荷較大、母線較長(zhǎng)、傳輸容量較大的回路(如發(fā)電機(jī)、變壓器出線等),均應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的母線可使其年計(jì)算費(fèi)用降低。經(jīng)濟(jì)電流密度與導(dǎo)體的材料和最大負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)有關(guān)。